JP6754203B2 - タービンシステム用のマイクロミキサシステム及びその関連する方法 - Google Patents

タービンシステム用のマイクロミキサシステム及びその関連する方法 Download PDF

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Description

本特許出願は、全体的にタービンシステムに関し、より詳細には、かかるタービンシステムで使用されるマイクロミキサシステムに関する。
一般に、タービンシステムは、1又はそれ以上のマイクロミキサを有するマイクロミキサシステムを含むことができる。このようなマイクロミキサシステムは、燃料と空気を受け取り、受け取った燃料及び空気を混合して予混合燃料を生成する。次いで、マイクロミキサシステムは、予混合燃料をタービンシステムの燃焼器に送給して、予混合燃料を燃焼させる。
通常、このようなマイクロミキサシステムにより提供される予混合燃料は、タービンシステムの動作条件に応じて、狭い範囲の燃空比を有する。マイクロミキサシステムは、一般に、低火炎温度状態(「低負荷状態」としても知られる)又は全速及び/又は無負荷状態の間は低い燃空比を提供し、その結果、ジェット火炎の損失が生じることになる。更に、上述の1又は複数の状態でのタービンシステムの運転は、実質的に高エミッションを発生させる場合があり、従って、タービンシステムに安定した運転環境を提供しない可能性がある。
その結果、タービンシステムのターンダウン能力を増強する改善されたマイクロミキサシステムに対する要求がある。このようなマイクロミキサシステムは、低火炎温度状態又は全速及び/又は無負荷状態の間は実質的に高いターンダウン能力をタービンシステムに提供するよう設計される。
米国特許第8,590,311号明細書
1つの例示的な実施形態によれば、マイクロミキサシステムが開示される。マイクロミキサシステムは、第1の側壁及び第2の側壁を有するケーシングを含む。更に、マイクロミキサシステムは、ケーシング内で互いから離間して配置された複数のパイプを含む。各パイプは、第1の側壁に形成された入口と第2の側壁に形成された出口とを含む。マイクロミキサシステムは、ケーシングに形成された第1の入口を有する第1のプレナムを含む。第1のプレナムは、複数のパイプの第1の部分の周りに配置され且つ複数のパイプに流体結合される。マイクロミキサシステムは、ケーシングに形成され且つ複数のパイプの第2の部分の周りに配置された第2の入口を有する第2のプレナムを含む。更に、マイクロミキサシステムは、第2の側壁に形成され、複数のパイプのうちの少なくとも一部のパイプの出口を囲み且つ第2のプレナムに流体結合された複数の開口を含む。
別の例示的な実施形態によれば、ガスタービンシステムが開示される。ガスタービンシステムは、ライナを有する燃焼器と、流れスリーブと、マイクロミキサシステムと、を含む。流れスリーブは、ライナの周りで且つ燃焼器のヘッド端部に近接して配置される。マイクロミキサシステムは、燃焼器のヘッド端部に近接して配置される。マイクロミキサシステムは、第1の側壁及び第2の側壁を有するケーシングを含む。更に、マイクロミキサシステムは、ケーシング内で互いから離間して配置された複数のパイプを含む。各パイプは、第1の側壁に形成された入口と第2の側壁に形成された出口とを含む。マイクロミキサシステムは更に、ケーシングに形成された第1の入口を有する第1のプレナムを含む。第1のプレナムは、複数のパイプの第1の部分の周りに配置され且つ複数のパイプに流体結合される。マイクロミキサシステムは更に、ケーシングに形成され且つ複数のパイプの第2の部分の周りに配置された第2の入口を有する第2のプレナムを含む。更に、マイクロミキサシステムは、第2の側壁に形成され、複数のパイプのうちの少なくとも一部のパイプの出口を囲み且つ第2のプレナムに流体結合された複数の開口を含む。
別の例示的な実施形態によれば、タービンシステムのターンダウン能力を増強する方法が開示される。本方法は、マイクロミキサシステムの複数のパイプ内に空気を受けるステップを含む。マイクロミキサシステムは、第1の側壁及び第2の側壁を有するケーシングと、ケーシング内で互いから離間して配置された複数のパイプとを含む。本方法は更に、第1のプレナム内に第1の燃料を受けて、該第1の燃料を第1のプレナムから複数のパイプに送給するステップを含む。第1のプレナムは、複数のパイプの第1の部分の周りに配置され且つ複数のパイプに流体結合される。本方法は更に、複数のパイプ内で第1の燃料を空気と混合して、空気−燃料混合気を生成するステップを含む。更に、本方法は、複数のパイプの第2の部分の周りに配置された第2のプレナムに第2の燃料を受けて、次いで、第2の側壁に形成された各パイプの出口を通って空気−燃料混合気を配向するステップを含む。本方法は更に、第2の側壁に形成された複数の開口を通して第2の燃料を配向するステップを含む。複数の開口は、複数のパイプのうちの少なくとも一部のパイプの出口を囲み、第2のプレナムに流体結合されている。
本開示の実施形態のこれら及び他の特徴要素は、図面全体を通じて同じ参照符号が同じ要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと、より良く理解されるであろう。
従来技術のガスタービンシステムの概略ブロック図。 複数のマイクロミキサの一部を例示した、図1のガスタービンシステムの一部の斜視図。 本発明の1つの例示的な実施形態による、マイクロミキサシステムの斜視図。 図3の例示的な実施形態によるマイクロミキサシステムの一部の概略図。 本発明の別の例示的な実施形態によるマイクロミキサシステムの概略図。 図5の例示的な実施形態によるマイクロミキサシステムの一部の概略図。
本明細書で検討される実施形態は、タービンシステム用のマイクロミキサシステムを開示する。1又はそれ以上の実施形態において、タービンシステムは、ガスタービンシステム、蒸気タービンシステム、及び同様のものとすることができる。更に、本明細書で開示される実施形態において開示されるように、マイクロミキサシステムは、本発明の範囲から逸脱することなく何れかの好適な装置に適用することができる。ケーシングは更に、第1の側壁及び第2の側壁を含む。複数のパイプは、互いに離間してケーシング内に配置される。各パイプは、第1の側壁に形成された入口と、第2の側壁に形成された出口と、を含む。第1のプレナムは、ケーシングに形成された第1の入口を含む。第1のプレナムは、複数のパイプの第1の部分の周りに配置され、該複数のパイプに流体結合される。第2のプレナムは、ケーシングに形成され且つ複数のパイプの第2の部分の周りに配置された第2の入口を含む。マイクロミキサシステムは更に、第2の側壁に形成され、複数のパイプのうちの少なくとも一部のパイプの出口を囲み且つ第2のプレナムに流体結合された複数の開口を含む。
図1は、圧縮機102、燃焼器104、タービン106、及び複数のマイクロミキサ108a、08bを有するマイクロミキサシステム108を含む、従来技術のガスタービンシステムのブロック図を示す。圧縮機102は、少なくとも1つのマイクロミキサ108aを介して燃焼器104に結合される。燃焼器104は、タービン106に結合される。1つの実施形態において、各マイクロミキサ108a、08bは、複数のパイプ(図1には図示されず)を含む。各パイプは、互いに離間され、ケーシング(図1には図示されず)内に配置される。マイクロミキサの数は、用途及び設計記述に応じて変わることができる。
圧縮機102の複数のブレード(図1には図示されず)の回転により、吸入ガイドベーン120を通じて受け取られる空気122の圧力が増大し、圧縮空気126を生成する。空気122は、酸素、酸素富化空気、貧酸素空気、又はこれらの組み合わせなどの加圧酸化剤とすることができる。圧縮空気126及び第1の燃料110aは、マイクロミキサ108aに送給される。第2の燃料110bは、他のマイクロミキサ108bに直接送給される。第1及び第2の燃料110a,110bは、ガソリン又はディーゼルなどの液体燃料及び/又は天然ガス又はシンガスなどのガス燃料を含むことができる。他の特定の実施形態において、各マイクロミキサ108a,108bは、第1の燃料110a、第2の燃料110b、及び圧縮空気126を受け取るよう構成することができる。本明細書において、複数のマイクロミキサ108a,108bの構成は、用途及び設計基準に応じて変わることができる点に留意されたい。
1つの実施形態において、マイクロミキサ108aに送給される第1の燃料110aは、他のマイクロミキサ108bに送給される第2の燃料110bとは異なることができる。特定の実施形態において、第1の燃料110a及び第2の燃料110bは同じであってもよい。
圧縮空気126及び第1の燃料110aは、マイクロミキサ108a内で混合されて空気−燃料混合気128を生成する。燃焼器104は、マイクロミキサ108aから空気−燃料混合気128を受け取り、他のマイクロミキサ108bから第2の燃料110bを受け取る。空気−燃料混合気128及び第2の燃料110bは、燃焼器104内で燃焼して、燃焼ガス124を生成する。次いで、燃焼ガス124は、タービン106に送給される。
タービン106は、シャフト116を介して負荷114に結合される複数のブレード(図1には図示されず)を含む。燃焼ガス124がタービン106を通って流れると、複数のブレードが回転し、シャフト116の回転を引き起こす。その結果、シャフト116の回転によって負荷114が駆動される。負荷114は、発電機、高級機のプロペラ、又は同様のものとすることができる。次に、タービン106により生成された膨張ガス130は、排気出口118を介して流出する。
図2は、燃焼器104を例示した図1のガスタービンシステムの一部132及びマイクロミキサシステム108の一部134の斜視図である。燃焼器104は、マイクロミキサ108a,108bに結合された上流側ヘッド端部136を含む。燃焼器104は更に、ライナ138と、半径方向外向きに離間されてライナ138を囲む流れスリーブ140とを含む。燃焼器104は、タービン106に近接して配置された下流側端部142を含む。例示の実施形態において、燃焼器104の燃焼室が参照符号144で表されている。
図3は、本発明の例示的な1つの実施形態による、マイクロミキサシステム308の斜視図を示す。マイクロミキサ308は、ケーシング146、複数のパイプ148、第1のプレナム150、第2のプレナム152、及び複数の開口154を含む。
ケーシング146は、第1の側壁156、第2の側壁158、及び中間壁160を含む。第1の側壁156は、中間壁160を介して第2の側壁158に結合される。複数のパイプ148は、ケーシング146内に互いに離間して配置される。各パイプ148は、入口162及び出口164を含む。入口162は、第1の側壁156に配置され、出口164は、第2の側壁158に配置される。他の特定の実施形態において、入口162及び出口164は、第1及び第2の側壁156,158からそれぞれ外向きに突出することができる。複数の開口154は、第2の側壁158において少なくとも一部のパイプ148の出口164を囲んで配置される。各パイプ148は、第1のプレナム150に流体結合するための少なくとも1つの孔166を含む。各パイプ148は、約0.5センチメートル〜約2.0センチメートル前後に及ぶ直径を有することができる。複数のパイプ148は、狭間隔で配置された管体の1又はそれ以上の束の形態で並列に配列される。他の特定の実施形態において、複数のパイプ148は、螺旋輪郭を有するコイルの形態で配列することができる。
各パイプ148は、空気−燃料混合気128を燃焼器の燃焼室144(図2に示す)に配向するよう構成される。具体的には、空気−燃料混合気128は、出口164を通じて送給され、第2の燃料110bのみが複数の開口154を通って燃焼室に送給される。
第1のプレナム150は、ケーシング146内に形成され、複数のパイプ148の第1の部分168の周りに配置される。複数のパイプ148の第1の部分168は、第1の側壁156に近接して位置付けられる。第1のプレナム150は、第1の側壁156に結合された第1の境界壁170と、第2のプレナム152に近接して位置付けられた第2の境界壁172とを含む。更に、第1のプレナム150は、2つのチャンバ150a,150bを含み、これらは1又はそれ以上の孔(図3には図示せず)を通じて互いに流体結合される。具体的には、第1のチャンバ150aは、第1の側壁156に近接して配置され、第2のチャンバ150bは、第2のプレナム152に近接して配置される。第1のプレナム150は、中間壁160に形成された複数の第1の入口174a,174bを含む。第1の入口174a,174bは、第1のチャンバ150a及び第2のチャンバ150bにそれぞれ流体結合される。
第2のプレナム152は、ケーシング146内に形成され、複数のパイプ148の第2の部分176の周りに配置される。複数のパイプ148の第2の部分176は、第2の側壁158に近接して位置付けられる。第2のプレナム152は、第1のプレナム150の第2の境界壁172に近接して位置付けられた第1の境界壁178と、第2の側壁158に結合された第2の境界壁180とを含む。具体的には、第1のプレナム150の第2の境界壁172及び第2のプレナム152の第1の境界壁178は、ギャップ182により互いに離間して配置される。第2のプレナム152は、第1の側壁156に形成された開口188を有する管体186に流体結合された第2の入口184を含む。開口188は、第1の側壁156の中心に配置される。他の特定の実施形態において、第2の入口184は、中間壁160上に配置され、第2のプレナム152に直接流体結合することができる。
マイクロミキサシステム308の作動中、各パイプ148は、入口162を通じて圧縮空気126を受け取る。第1のプレナム150の2つのチャンバ150a,150bは、第1の入口174a,174bを通じて第1の燃料110aを受け取る。第1の燃料110aは、2つのチャンバ150a,150bから1又はそれ以上の孔166を介して各パイプ148に送給される。次いで、第1の燃料110aは、各パイプ148内で圧縮空気126と混合され、空気−燃料混合気128を生成する。次いで、空気−燃料混合気128は、各パイプ148の出口164を通じて配向される。第2の燃料110bは、管体186を通じて第2のプレナム152の第2の入口184に送給される。次に、第2の燃料110bは、複数の開口154を通じて送給される。
図4は、図3の例示的な実施形態による、マイクロミキサシステム308の一部190の概略図を示す。この一部190は、マイクロミキサシステム308の出口を示している。
上記で検討したように、複数の開口154は、第2の側壁158において各パイプ148の出口164を囲んで配置される。各開口154は、第2の側壁158に形成された複数のチャンネル192のうちの対応するチャンネルを介して第2のプレナム152に流体結合される。
空気−燃料混合気128は、各パイプ148の出口164を通じて燃焼室144に配向される。次に、空気−燃料混合気128は、燃焼室144において燃焼されて第1の火炎194を生成する。第2の燃料110bは、対応するチャンネル192及び各開口154を通じて燃焼室144に配向される。具体的には、第2の燃料110bは、燃焼室144において空気−燃料混合気128に配向される。次に、第2の燃料110bは、燃焼室144において燃焼されて第2の火炎196を生成し、次いで該第2の火炎196が第1の火炎194と交差する。
他の特定の実施形態において、ガスタービンシステムは、第1の燃料110a及び第2の燃料110bの流れを調整するための制御ユニット(図4には図示せず)に通信可能に結合された複数のセンサ(図4には図示せず)を含むことができる。複数のセンサは、例えば、音響センサ、エミッションセンサ、及び/又は速度センサを含むことができる。制御ユニットは、プロセッサベースのデバイスを含むことができる。複数のセンサは、ガスタービンシステムの検知されたパラメータに基づいて複数の入力信号を発生させるよう構成することができる。制御ユニットは、複数の入力信号に基づいて1又はそれ以上の制御信号を生成し、燃焼室144への第1の燃料110a及び第2の燃料110bそれぞれの送給を制御するよう1又はそれ以上のバルブ(図4には図示せず)を調整することができる。
空気−燃料混合気128における第1の燃料110aと第2の燃料110bの燃焼室144への流れの制御は、ガスタービンシステムの出力レベル及び音響レベル要件に基づくことができる。出力レベル要件は、低温状態及びガスタービンシステムの全速及び/又は無負荷状態に関連することができる。音響レベル要件は、ガスタービンシステムの付随する振動によって制限される。
ガスタービンシステムの低火炎温度状態、全速及び/又は無負荷状態、並びに高振動でガスタービンシステムを稼働させるために、空気−燃料混合気128における実質的に少量の第1の燃料110a及び実質的に多量の第2の燃料110bを燃焼室144に送給することができる。空気−燃料混合気128における第1の燃料110aと第2の燃料110bの燃焼室144への供給量を変えることにより、ガスタービンシステムのターンダウン能力が向上し、実質的に低エミッションで極めて安定した燃焼が可能となる。本明細書では、用語「ターンダウン」は、極低温状態から極高温状態まで火炎を持続する能力を意味する点に留意されたい。通常動作状態でガスタービンシステムを稼働させ、低NOxエミッションを生成するために、実質的に多量の空気−燃料混合気128及び実質的に少量の第2の燃料110bを燃焼室144に送給することができる。1又はそれ以上の実施形態において、空気−燃料混合気128における第1の燃料110aの量は、約0%〜約100%の範囲とすることができ、第2の燃料110bの量は、約20%〜約100%の範囲とすることができる。第2の燃料110bの量は、ガスタービンシステムの1又はそれ以上の動作状態に基づいて変わることができる。通常、第2の燃料110bは、ガスタービンシステムからの所要の出力量(すなわち、火炎)を生成するのに必要とされる全体の燃料を均衡させるのに使用される。
図5は、別の例示的な実施形態によるマイクロミキサシステム408の概略図を示す。環状ギャップ254は、図3及び4の実施形態に示されるようなそれぞれのパイプ148の出口164を囲んで形成される複数の開口154ではなく、複数のパイプ248のうちのそれぞれのパイプの出口264の外周265付近に形成される。図5の例示の実施形態において、ケーシング246は、第1の側壁256、第2の側壁258、及び中間壁260を含む。第1の側壁256は、中間壁260を通って第2の側壁258に結合される。複数のパイプ248は、互いに離間してケーシング246内に配置される。各パイプ248は、入口262及び出口264を含む。入口262は、第1の側壁256に配置され、出口264は、第2の側壁258に配置される。各パイプ248は、第1のプレナム250に流体結合するための少なくとも1つの孔266を含む。入口262及び出口264は、第1及び第2の側壁256,258それぞれから外向きに突出する。第1のプレナム250は、ケーシング246内に形成され、複数のパイプ248の第1の部分268の周りに配置される。第1のプレナム250は、第1の側壁256に配置された第1の入口274を含む。第2のプレナム252は、ケーシング246内に形成され、複数のパイプ248の第2の部分276の周りに配置される。第2のプレナム252は、中間壁260に配置された第2の入口284を含む。
マイクロミキサシステム408は更に、第2の側壁258に近接して複数のパイプ248の第2の部分276の副部分302の周りに配置されたエフュージョンプレート300を含む。エフュージョンプレート300は、第2の側壁258とエフュージョンプレート300との間にエフュージョン区域304を定める。エフュージョンプレート300は、第2のプレナム252をエフュージョン区域304に流体結合するための複数の貫通孔306を含む。
図3及び図4の実施形態に示される複数の開口154と同様に、例示の実施形態において、環状ギャップ254が、複数のパイプ248のうちの少なくとも一部のパイプの出口264の外周265の周りで第2の側壁258に形成される。環状ギャップ254は、エフュージョン区域304を通って第2のプレナム252に流体結合される。
マイクロミキサシステム408の作動中、各パイプ248は、入口262を通じて圧縮空気226を受け取り、第1のプレナム250は、第1の入口274を通じて第1の燃料210aを受け取る。第1の燃料210aは、第1のプレナム250から少なくとも1つの孔266を介して各パイプ248に送給される。圧縮空気226及び第1の燃料210aは、各パイプ248内で混合されて空気−燃料混合気228を生成する。次いで、空気−燃料混合気228は、各パイプ248の出口264を通って配向される。第2のプレナム252は、第2の入口284を介して第2の燃料210bを受け取る。第2の燃料210bは、第2のプレナム252から複数の貫通孔306を介してエフュージョン区域304に送給される。次に、第2の燃料210bは、エフュージョン区域304から環状ギャップ254を介して送給されて、第2の側壁258の少なくとも一部の冷却をもたらす。
図6は、図5の例示的な実施形態によるマイクロミキサシステム408の一部290の概略図を示す。この一部290は、マイクロミキサシステム408の出口を示している。
上記で検討したように、空気−燃料混合気228は、各パイプ248の出口264を通って燃焼室244内に配向される。空気−燃料混合気228は、燃焼室244において燃焼されて第1の火炎294を生成する。第2の燃料210bは、各開口254(すなわち、環状ギャップ)を通じて燃焼室244に配向される。具体的には、第2の燃料210bは、燃焼室244において空気−燃料混合気228に配向される。次に、第2の燃料210bは、燃焼室244において燃焼されて第2の火炎296を生成し、次いで該第2の火炎296が第1の火炎294と交差する。
燃焼室244に送給される第2の燃料210b及び空気−燃料混合気228における第1の燃料210aの量は、ガスタービンシステムの動作状態に基づいて調整することができる。
本明細書で検討される1又はそれ以上の実施形態によれば、例示的なマイクロミキサシステムは、タービンシステムの全速及び/又は無負荷状態の間に燃焼室に送給される第2の燃料の量を変えることにより、タービンシステムのターンダウン能力を増強することができる。更に、マイクロミキサシステムは、燃焼室内に極めて安定した燃焼環境を促進し、実質的に低いエミッションをもたらすようにすることができる。マイクロミキサにより、低火炎温度状態中に失火することなく燃焼器を稼働させることができる。
本発明の特定の特徴のみを本明細書で例示し説明してきたが、当業者であれば、多くの変更形態及び変形が想起されるであろう。従って、添付の請求項は、本発明の技術的思想内にある全てのこのような修正形態及び変形形態を保護するものとする点を理解されたい。
108,308,408 マイクロミキサシステム
148,248 パイプ
150 第1のプレナム
152 第2のプレナム
154 開口
156,256 第1の側壁
158,258 第2の側壁
162,262 入口
164,264 出口
168 パイプの第1の部分
174a,174b 第1の入口
176 パイプの第2の部分

Claims (14)

  1. マイクロミキサシステム(108,308,408)であって、
    第1の側壁(156,256)及び第2の側壁(158,258)を含むケーシング(146,246)と、
    前記ケーシング内で互いから離間して配置された複数のパイプ(148,248)であって、該複数のパイプ(148,248)の各々が、前記第1の側壁に形成された入口(162,262)と前記第2の側壁に形成された出口(164,264)とを含んでおり、空気(126)を受け取るように構成された複数のパイプ(148,248)と、
    前記ケーシングに形成された第1の入口(174a,174b)を含む第1の燃料プレナム(150)であって、該第1の燃料プレナム(150)が、前記複数のパイプの第1の部分(168)の周りに配置され且つ前記複数のパイプに流体結合されており、該第1の燃料プレナム(150)が、第1の燃料(110a)を受け取るように構成されており、前記複数のパイプ(148,248)が、前記第1の燃料プレナム(150)から前記第1の燃料を受け取って前記空気と混合して空気−燃料混合気(128)を生成し、該空気−燃料混合気(128)を対応する出口を介して燃焼室(144)に送って第1の火炎(194)を生成するように構成されている、第1の燃料プレナム(150)と、
    前記ケーシングに形成された第2の入口(184)を含み且つ前記複数のパイプの第2の部分(176)の周りに配置された第2の燃料プレナム(152)であって、前記複数のパイプの第1の部分(168)が前記複数のパイプの第2の部分(176)の上流側にあり、該第2の燃料プレナム(152)が、第2の燃料(110b)を受け取るように構成されている、第2の燃料プレナム(152)と、
    前記第2の側壁に形成された複数の開口(154)であって該複数の開口(154)が、前記複数のパイプの少なくとも幾つかのパイプの出口を囲み且つ前記第2の燃料プレナムに流体結合されており、前記第2の燃料プレナム(152)が、第2の燃料(110b)を、該複数の開口(154)を介して、前記燃焼室(144)内の前記空気−燃料混合気(144)に向けて送り、前記第1の火炎(194)と交差する第2の火炎(196)を生成するように構成されている、複数の開口(154)
    を備える、マイクロミキサシステム(108,308,408)。
  2. 前記複数のパイプの各パイプが、前記第1の燃料プレナムに流体結合するための少なくとも1つの孔(166)を含む、請求項1に記載のマイクロミキサシステム(108,308,408)。
  3. 前記第2の側壁に近接し且つ前記複数のパイプの副部分の周りに配置されて、前記第2の側壁との間にエフュージョン区域(304)を定めるエフュージョンプレート(300)を更に備える、請求項1又は請求項2に記載のマイクロミキサシステム(108,308,408)。
  4. 前記エフュージョンプレートが、前記第2の燃料プレナムを前記エフュージョン区域に流体結合するための複数の貫通孔(306)を含む、請求項3に記載のマイクロミキサシステム(108,308,408)。
  5. 前記複数の開口が、前記それぞれのパイプのそれぞれの出口の外周(265)の周りに環状ギャップ(254)を含む、請求項4に記載のマイクロミキサシステム(108,308,408)。
  6. 前記第2の側壁に形成され且つ前記第2の燃料プレナムに流体結合された複数のチャンネル(192)を更に備える、請求項1に記載のマイクロミキサシステム(108,308,408)。
  7. 前記複数の開口の各開口が、前記複数のチャンネル対応するチャンネルを介して前記第2の燃料プレナムに流体結合される、請求項6に記載のマイクロミキサシステム(108,308,408)。
  8. ガスタービンシステム(100)であって、
    ライナ(138)を含む燃焼器(104)と、
    前記ライナの周りで且つ前記燃焼器のヘッド端部(136)に近接して配置された流れスリーブ(140)と、
    前記ヘッド端部に近接して配置された、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のマイクロミキサシステム(308)
    を備える、ガスタービンシステム(100)。
  9. マイクロミキサシステム(108,308,408)の複数のパイプ(148,248)内に該複数のパイプの各パイプの入口(162,262)を通して空気を受けるステップであって、前記マイクロミキサシステム(108,308,408)が、第1の側壁(156,256)及び第2の側壁(158,258)を含むケーシング(146,246)を備えており、前記複数のパイプが、前記ケーシング内で互いから離間して配置されており、前記複数のパイプの各パイプの出口(164,264)が前記第2の側壁に形成されている、ステップと、
    前記複数のパイプの第1の部分(168)の周りに配置され且つ前記複数のパイプに流体結合された第1の燃料プレナム(150)内に、前記ケーシングに形成された第1の入口(174a,174b)を介して、第1の燃料(110a)を受けて、前記第1の燃料を前記第1の燃料プレナムから前記複数のパイプ内に送給するステップと、
    前記複数のパイプ内で前記第1の燃料を空気と混合して、空気−燃料混合気(128)を生成させるステップと、
    前記ケーシングに形成された第2の入口(184)を介して、前記複数のパイプの第2の部分(176)の周りに配置された第2の燃料プレナム(152)に第2の燃料(110b)を受けるステップと、
    前記空気−燃料混合気を、前記複数のパイプの各パイプの出口を介して燃焼室(144)に送って第1の火炎(194)を生成させるステップであって、前記複数のパイプの各パイプの出口が前記第2の側壁に形成されている、ステップと、
    前記第2の燃料を、前記第2の側壁に形成された複数の開口(154)を介して、前記燃焼室(144)内の前記空気−燃料混合気(144)に向けて送り、前記第1の火炎(194)と交差する第2の火炎(196)を生成させるステップであって、前記複数の開口が前記複数のパイプの少なくとも幾つかのパイプの出口を囲み且つ前記第2の燃料プレナムに流体結合されている、ステップと
    を含方法。
  10. 前記第1の燃料を送給するステップが、前記第1の燃料を前記第1の燃料プレナムから前記各パイプに形成された少なくとも1つの孔(166)を通って前記複数のパイプに供給するステップを含む、請求項に記載の方法。
  11. 前記第2の燃料を送るステップが、更に、
    前記第2の燃料を前記第2の燃料プレナムから、前記第2の側壁に形成され且つ前記第2の燃料プレナムに流体結合された複数のチャンネル(192)に送給するステップと、
    前記第2の燃料を前記複数のチャンネルから前記複数の開口を通て送給するステップ
    を含み、前記複数の開口の各開口が、前記複数のチャンネル対応するチャンネルに流体結合される、請求項9又は請求項10に記載の方法。
  12. 前記第2の燃料を送るステップが、更に、
    前記第2の燃料を前記第2の燃料プレナムから、エフュージョンプレート(300)に形成された複数の貫通孔(306)を通してエフュージョン区域(304)に送給するステップであって、前記エフュージョン区域が、前記第2の側壁と、該第2の側壁に近接して且つ前記複数のパイプの第2の部分の副部分の周りに配置された前記エフュージョンプレートとの間に定められる、ステップと
    前記第2の燃料を前記エフュージョン区域から、前記それぞれのパイプのそれぞれの出口の外周(265)の周りに環状ギャップ(254)を含む前記複数の開口を通って送給するステップ
    を含む、請求項9又は請求項10に記載の方法。
  13. 前記ガスタービンシステムの出力レベル及び音響レベル要件に基づいて前記第1の燃料及び前記第2の燃料の流れを制御するステップを更に含む、請求項9乃至請求項12のいずれか1項に記載の方法。
  14. 前記第2の燃料を前記開口に送る前に、前記第2の燃料を用いて前記第2の側壁の少なくとも一部を冷却するステップを更に含む、請求項9乃至請求項13のいずれか1項に記載の方法。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10890329B2 (en) 2018-03-01 2021-01-12 General Electric Company Fuel injector assembly for gas turbine engine
US10767866B2 (en) 2018-07-11 2020-09-08 General Electric Company Micromixer for use with liquid fuel
US10935245B2 (en) 2018-11-20 2021-03-02 General Electric Company Annular concentric fuel nozzle assembly with annular depression and radial inlet ports
JP7489759B2 (ja) * 2018-11-20 2024-05-24 三菱重工業株式会社 燃焼器及びガスタービン
US11286884B2 (en) 2018-12-12 2022-03-29 General Electric Company Combustion section and fuel injector assembly for a heat engine
US11073114B2 (en) 2018-12-12 2021-07-27 General Electric Company Fuel injector assembly for a heat engine
US11156360B2 (en) 2019-02-18 2021-10-26 General Electric Company Fuel nozzle assembly
KR102154220B1 (ko) * 2019-04-05 2020-09-09 두산중공업 주식회사 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈
US11486317B2 (en) * 2019-08-30 2022-11-01 General Electric Company Gas turbine fuel system
EP3978807A3 (en) 2020-09-30 2022-07-06 Rolls-Royce plc Direct fuel injection system
KR102403750B1 (ko) * 2021-01-15 2022-05-30 두산에너빌리티 주식회사 멀티 튜브를 갖는 연소기용 노즐, 연소기, 및 이를 포함하는 가스 터빈
DE112022002817T5 (de) * 2021-05-28 2024-03-28 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Gasturbinenbrenner
US11454396B1 (en) 2021-06-07 2022-09-27 General Electric Company Fuel injector and pre-mixer system for a burner array

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4100733A (en) * 1976-10-04 1978-07-18 United Technologies Corporation Premix combustor
US5339635A (en) * 1987-09-04 1994-08-23 Hitachi, Ltd. Gas turbine combustor of the completely premixed combustion type
JP2528894B2 (ja) * 1987-09-04 1996-08-28 株式会社日立製作所 ガスタ―ビン燃焼器
JPH0743137B2 (ja) * 1989-02-15 1995-05-15 株式会社東芝 ガスタービン燃焼器
JP2002039533A (ja) 2000-07-21 2002-02-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃焼器、ガスタービン及びジェットエンジン
US6598584B2 (en) 2001-02-23 2003-07-29 Clean Air Partners, Inc. Gas-fueled, compression ignition engine with maximized pilot ignition intensity
JP3962554B2 (ja) 2001-04-19 2007-08-22 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃焼器及びガスタービン
US20030101729A1 (en) 2001-12-05 2003-06-05 Honeywell International, Inc. Retrofittable air assisted fuel injection method to control gaseous and acoustic emissions
US7966801B2 (en) 2006-12-07 2011-06-28 General Electric Company Apparatus and method for gas turbine active combustion control system
US8145403B2 (en) * 2008-12-31 2012-03-27 General Electric Company Operating a turbine at baseload on cold fuel with hot fuel combustion hardware
US9140454B2 (en) * 2009-01-23 2015-09-22 General Electric Company Bundled multi-tube nozzle for a turbomachine
US8616002B2 (en) * 2009-07-23 2013-12-31 General Electric Company Gas turbine premixing systems
JP5103454B2 (ja) * 2009-09-30 2012-12-19 株式会社日立製作所 燃焼器
US8276385B2 (en) 2009-10-08 2012-10-02 General Electric Company Staged multi-tube premixing injector
US8590311B2 (en) 2010-04-28 2013-11-26 General Electric Company Pocketed air and fuel mixing tube
US8955327B2 (en) 2011-08-16 2015-02-17 General Electric Company Micromixer heat shield
US8984887B2 (en) * 2011-09-25 2015-03-24 General Electric Company Combustor and method for supplying fuel to a combustor
US9074773B2 (en) 2012-02-07 2015-07-07 General Electric Company Combustor assembly with trapped vortex cavity
US9303874B2 (en) * 2012-03-19 2016-04-05 General Electric Company Systems and methods for preventing flashback in a combustor assembly
US9212822B2 (en) * 2012-05-30 2015-12-15 General Electric Company Fuel injection assembly for use in turbine engines and method of assembling same
US8904798B2 (en) * 2012-07-31 2014-12-09 General Electric Company Combustor
US9285121B2 (en) * 2012-08-23 2016-03-15 General Electric Company Gas turbine cooling circuit including a seal for a perforated plate

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